CC BY
294
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПУНКТОВ МЕЖДУНАРОДНОЙ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ СЕТИ И СИСТЕМЫ КООРДИНАТ ITRF ДЛЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ
Николай Кириллович Шендрик
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.
Плахотного, 10, заведующий лабораторией космической геодезии кафедры астрономии и гравиметрии, тел. (383) 361-01-59, e-mail: snk_aig@mail.ru
Выполнена привязка ПДБС Новосибирской области к пунктам Международной геодинамической сети в системе координат ITRF. Полученные результаты могут служить основой для геодезической сети региона в местных системах координат на современном уровне точности.
Ключевые слова: пункты Международной геодинамической сети (МГС), общеземная система координат ITRF, постоянно действующие базовые станции (ПДБС), геодезическая сеть, программное обеспечение, минимально ограниченное уравнивание, оценка точности.
INTERNATIONAL GEODYNAMIC NETWORK AND ITRF APPLICATION FOR TERRITORIES GEODETIC SUPPORT
Nikolai K. Shendrik
Head of the Laboratory of Satellite Geodesy, Department of Astronomy and Gravimetry, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo st., 630108 Novosibirsk, phone: 383 3610159, e-mail: snk_aig@mail.ru
Novosibirsk region permanent base stations have been tied to the points of the international geodynamic network in ITRF. The results may serve as a basis for the regional geodetic network in local coordinate systems with current accuracy level.
Key words: points of the International Geodynamic Network, ITRF (International Terrestrial Reference Frame), permanent base stations, geodetic network, software, minimally bounded adjustment, accuracy assessment.
Пункты Международной геодинамической сети (МГС) закрепляют на поверхности Земли наиболее высокоточную на современном этапе общеземную систему координат ITRF (International Terrestrial Reference Frame). На ограниченных территориях, используя расположенные там пункты МГС, могут быть созданы национальные и региональные геодезические сети и системы координат на основе ITRF. Примерами построения таких геодезических систем координат являются: EUREF в Западной Европе, SIRGAS в Южной Америке, GDA в Австралии, NAD83 в США и Канаде [1].
На пунктах МГС установлены современные СРНС-приемники, которые работают, как правило, в непрерывном режиме. Измерения с этих пунктов и точные эфемериды для их обработки на условиях свободного доступа предоставляются на специализированных сайтах (серверах) сети Интернет.
Координаты пунктов и скорости их изменения так же могут быть получены бесплатно. Точность взаимных положений пунктов в системе координат ITRF достигает 1-3 мм, что является высшим уровнем точности на современном этапе и соответствует всем требованиям спутниковых средств измерений к исходной геодезической основе.
Современные геодезические спутниковые технологии определения координат пунктов позволяют за 5-6 суток непрерывных измерений достигать точности порядка 10-20 мм в системе координат ITRF на удалениях 1000-2500 км от пунктов МГС даже с помощью обычного (коммерческого) спутникового геодезического оборудования и программного обеспечения (ПО). Уровень точности определения координат таких пунктов соответствует, а потенциально может быть выше требований документа [2]. Определения координат могут производиться не только по государственным программам, но и в порядке развития отдельных территорий или даже отдельных объектов по мере необходимости. Одними из главных и важных моментов здесь является возможность достижения однородной и высокой точности определения координат определяемых геодезических пунктов практически в любой точке страны с минимальными экономическими издержками.
В Новосибирской области в 2010 году были введены в опытную эксплуатацию 19 постоянно действующих базовых станций (ПДБС). Размещены ПДБС в г. Новосибирске и в административных центрах 18 районов области. Для 18 ПДБС выполнена привязка к четырем пунктам сети МГС -Екатеринбург (ARTU), Норильск (NRIL), Иркутск (IRKT) и Селезащита (SELE, Казахстан). В качестве контрольного взят пункт МГС в Урумчи (URUM, Китай). По всем радиальным направлениям, соединяющим пункты МГС с каждой ПДБС, использованы не менее 6 суточных сеансов измерений на интервале с 1 по 12 октября 2010г. Обработка базовых линий выполнялась с применением точных эфемерид в программном обеспечении «Trimble Business Center». В качестве примера, на рисунке 1 приведена типичная для всех ПДБС схема геодезической привязки базовой станции в г. Новосибирске (NSKW) после выполненного уравнивания с эллипсами погрешностей в определяемых пунктах.
Длины базовых линий, соединяющие ПДБС с пунктами МГС, находятся в интервале 1200-1650 км. Все решения имеют плавающий тип, что является особенностью данного коммерческого ПО «TBC» фирмы «Trimble Navigation Ltd.» при обработке базовых линий свыше 850 км. По такой же схеме привязаны к пунктам МГС остальные ПДБС, кроме базовой станции ORDN (Ордынское) по техническим причинам. Результаты статистической оценки точности уравнивания базовых линий в компонентах пространственных эллипсоидов погрешностей для ПДБС и контрольного пункта URUM по всем вариантам привязки приведены в таблице 1. В таблице приняты обозначения: а - большая полуось (средняя квадратическая погрешность) в плане; b - малая полуось в плане; с - полуось по высоте.
Таблица 1. Статистическая оценка точности в компонентах эллипсоидов погрешностей для ПДБС и контрольного пункта URUM
ПДБС Пункт URUM
Компоненты a b с a b с
эллипса (мм) (мм) (мм) (мм) (мм) (мм)
Минимум 3 3 4 9 9 11
Максимум 8 8 8 21 20 21
Среднее 4.6 4.4 5.1 12.4 11.2 13.6
Как видно из таблицы 1, средние квадратические погрешности привязки ПДБС находятся в пределах 3-8 мм. Для пункта ЦЯЦМ, они примерно в 2-2.5 раза больше, так как для него контрольная привязка осуществлялась через пункты ПДБС (смотри рис. 1). Сравнение контрольных определений координат пункта ияиМ из привязки с координатами, публикуемыми службой МГС, показаны в таблице 2 в виде разностей координат по всем пунктам ПДБС.
Таблица 2. Разности контрольных и действительных координат пункта URUM
Статистическая характеристика ДХ (мм) ДУ(мм) ДН(мм)
Минимум +5 -2 -20
Максимум +15 +11 -38
Среднее +12.0 +2.1 -30.3
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что точность привязки пунктов к сети МГС потенциально может быть порядка 10^15 мм в плане и 10^20 мм по высоте.
На следующем этапе пункты ПДБС были соединены в единую геодезическую сеть в виде треугольников, образованных независимыми базовыми линиями, соответствующими суточным сеансам измерений. В целях создания более жесткого каркаса сети были вычислены дополнительные базовые линии для соединения между собой пунктов в виде геодезических четырехугольников, а также радиальные базовые линии, соединяющие пункты на противоположных концах сети и другие их комбинации. В результате число замкнутых полигонов в форме треугольников возросло более чем вдвое до 86. Схема образованной таким образом сети пунктов ПДБС Новосибирской области показана на рис. 2.
Рис. 2. Схема геодезической сети пунктов ПДБС Новосибирской области
Одним из важных параметров качества спутниковой геодезической сети являются величины невязок в замкнутых полигонах. Ниже в таблице 3 показаны полученные результаты замыкания полигонов-треугольников. Как видно из таблицы 3, максимальные величины невязок в плане и по высоте составляют +0.19 мм и -0.014 мм. Соответствующие им относительные погрешности не превышают 0.071 ppm или 1: 14100000.
Для геодезической сети (рис.2) было выполнено минимально ограниченное уравнивание в системе 1ТКР с фиксацией всех трех координат пункта NSKW и выполнено сравнение с полученными ранее координатами остальных ПДБС (кроме пункта ОКО№) из привязки к пунктам МГС. Результаты приведены в табл. 4.
Из табл. 4 видно, что координаты ПДБС, полученные из привязки к пунктам МГС и из минимально ограниченного уравнивания базовых линий геодезической сети, соединяющей эти пункты, согласуются с очень высокой точностью. Величины прямых разностей координат не превышают ±15мм, а средние значения по всем пунктам сети близки к нулю. Данный факт указывает на высокую координатную, связанную с линейным масштабом, и азимутальную стабильность построения геодезических сетей в системе координат 1ТКР спутниковым методом.
Таблица 3. Результаты замыкания полигонов
Сторон в полигоне: 3
Число контуров: 86
Число принятых: 86
Число ошибочных: 0
Длина(Метр) ДВ плане(Метр) ДПо выс.(Метр) РРМ
Критерии пригодности 0,020 0,020
Наилучшая 0,000 0,000 0,001
Наихудшая 0,019 -0,014 0,071
Среднее по полигонам 420063,106 0,008 0,004 0,022
Стандартная ошибка 217836,628 0,007 0,004 0,015
Таблица 4. Разности координат для пунктов ПДБС между координатами
уравненными и из привязки к пунктам МГС
Имя точки AX(Метр) AY(Метр) AH(Метр)
BARA (Барабинск) 0,001 0,003 -0,004
BOLO (Болотное) 0,006 0,001 0,003
CHER (Черепаново) -0,001 0,002 0,001
CHUL (Чулым) -0,003 0,009 0,004
DOVO (Довольне) 0,003 0,015 -0,002
ISKT (Искитим) -0,010 0,000 0,004
KARG (Каргат) 0,002 0,007 0,001
KOCH (Коченево) -0,003 -0,001 0,002
KOCK (Кочки) 0,002 0,012 0,004
KOLV (Колыван) -0,003 -0,001 0,004
KRAS (Краснозерское) 0,005 0,011 0,002
MASL (Масляниено) 0,000 0,004 0,001
mhkv (Мошково) -0,004 -0,002 0,007
SUZU (Сузун) 0,001 0,004 0,008
TOGU (Тогучин) -0,011 0,000 -0,003
UBIN (Убинское) 0,001 0,004 0,005
ZDVI (Здвинск) 0,003 0,013 0,001
Среднее: -0,0006 +0,0005 +0,0022
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что сеть, состоящая из пунктов ПДБС Новосибирской области в системе координат 1ТЯБ, может соответствовать самым высоким требованиям к точности геодезических построений на современным этапе и на ближайшую перспективу. Переход от системы координат 1ТЯБ к различным вариантам государственных и местных систем координат может быть осуществлен с минимальными издержками и максимальным удобством при использовании ПДБС.
Но при этом нельзя не сказать, что для обеспечения полноценной работы ПДБС в принятой в России системе высот дополнительно необходимо определить высоты пунктов ПДБС высокоточным геометрическим нивелированием в виде замкнутого полигона I класса по периметру сети и, по возможности, заполнить его в дальнейшем линиями нивелирования II класса.
В заключение следует отметить, что в экономическом отношении привязка геодезических сетей к системе координат 1ТЯБ является беспрецедентно выгодной и может позволить в кратчайшие сроки перевести геодезическую основу страны на самый современный уровень точности.
1. К.М. Антонович Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии [Текст] // Т. 1. - Москва: ФГУП «Картгеоцентр», 2005. - С. 47-52.
2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ о государственной геодезической сети Российской Федерации. ГКИНП (ГНТА)-01-006-03 [Текст] // - Москва, 2004. - С. 16-19.
© Н.К. Шендрик, 2012
